I. Pengertian dan klasifikasi kegagalan material logam
Kegagalan material logam mengacu pada proses penggunaan, karena berbagai faktor, yang mengakibatkan material logam tidak dapat terus memenuhi fungsi desain atau persyaratan kinerja negara. Kegagalan ini dapat disebabkan oleh berbagai sebab, seperti penurunan sifat fisik material, korosi kimia, kerusakan mekanis, dan sebagainya.
Patah: Menurut besarnya deformasi material, patahan dapat dibagi lagi menjadi patah ulet dan patah getas. Patah ulet akan mengalami proses deformasi yang cukup besar, sebelum terjadinya patah getas cenderung terjadi secara tiba-tiba, tidak terdapat besaran deformasi yang nyata, sehingga menimbulkan gaya patah yang lebih besar. Jenis patahan yang umum juga mencakup patahan lelah dan patahan beban statis, dimana patahan lelah disebabkan oleh patahnya material akibat operasi siklus tegangan yang berkepanjangan, sedangkan patahan akibat beban statis terjadi karena beban statis.
Keausan:Keausan disebabkan oleh pengecoran dalam kecepatan tinggi, getaran, kelebihan beban dan kondisi operasi lainnya, pekerjaan antara gesekan permukaan mekanis antara satu sama lain dan menyebabkan keausan material, dan kemudian membuat kegagalan material. Keausan dapat dibagi menjadi berbagai jenis seperti keausan abrasif, keausan perekat, keausan kelelahan, keausan korosif, atau keausan mikromotion. Dalam permesinan, keausan abrasif adalah salah satu bentuk keausan yang paling umum.
Korosi:Korosi adalah suatu reaksi kimia atau elektrokimia yang terjadi ketika suatu bahan logam bersentuhan dengan medium disekitarnya sehingga mengakibatkan penurunan sifat atau kerusakan bahan. Korosi dapat dibagi menjadi korosi total dan korosi lokal, dimana korosi lokal lebih umum terjadi, termasuk korosi tegangan, korosi pori, korosi intergranular dan banyak jenis lainnya.
Kegagalan bahan logam tidak hanya akan mengurangi efektivitas produk, namun juga dapat menimbulkan ancaman terhadap keselamatan personel. Oleh karena itu, analisis kegagalan material logam menjadi sangat penting, yang dapat mengidentifikasi penyebab kegagalan dan mengusulkan solusi efektif untuk meningkatkan kualitas dan daya saing produk.
II. Penyebab kegagalan material logam
1. Cacat internal yang material
Penyusutan dan pelonggaran
Definisi: Penyusutan adalah logam dalam proses kondensasi akibat kontraksi volume pada ingot atau jantung pengecoran sehingga terbentuklah lubang berbentuk tabung (atau melebar) atau tersebar. Longgar dalam kondisi pendinginan yang cepat, meskipun untuk menghindari lubang susut yang besar, namun perbedaan volume antara logam cair dan logam padat masih menyebabkan banyak lubang susut kecil yang tersebar di dalam logam.
Efek: Mengurangi sifat mekanik material secara signifikan, dapat menjadi sumber kelelahan yang menyebabkan patah, dan mempengaruhi ketahanan korosi material.
pemisahan
Definisi: fenomena komposisi kimia yang tidak merata pada coran, terbagi menjadi segregasi mikroskopis (misalnya segregasi intrakristalin) dan segregasi makroskopis (misalnya segregasi densitas).
Dampak: menyebabkan kinerja coran tidak merata, kasus yang serius akan menyebabkan kerusakan.
Penyertaan
Definisi: bahan logam atau non-logam dengan antarmuka yang jelas dengan matriks. Menurut sifatnya dapat dibedakan menjadi inklusi logam dan inklusi nonlogam.
Dampak: mempengaruhi sifat mekanik material, meningkatkan resiko retak.
Gelembung
Definisi: logam dalam keadaan cair dapat melarutkan sejumlah besar gas, dalam proses kondensasi karena berkurangnya kelarutan dan pelepasan gas dalam pembentukan gelembung gas internal logam.
Efek: Mengurangi penampang efektif pengecoran logam, mengurangi kekuatan material dan dapat menyebabkan keretakan.
Cacat desain
Desain struktural yang tidak masuk akal: seperti adanya area konsentrasi tegangan pada bagian yang menahan beban, kegagalan dalam merancang dengan benar menyebabkan kegagalan.
Pemilihan material yang tidak tepat: pemilihan material yang tidak sesuai standar, atau pemahaman yang tidak memadai tentang kinerja material, mengakibatkan material tersebut tidak dapat memenuhi persyaratan penggunaan.
Cacat pemrosesan
Cacat perlakuan panas
Seperti: Quenching crack, tempering crack.
Dampak : menurunkan kekuatan dan ketangguhan material, meningkatkan resiko patah.
Cacat cetakan pemrosesan dingin
Seperti: cacat penggilingan, cacat pemotongan, cacat pos dingin.
Dampak: mempengaruhi kualitas permukaan dan keakuratan dimensi material, mengurangi kinerja material secara keseluruhan.
Cacat dalam proses penggunaan
Stres beban berlebih: material mengalami tekanan eksternal yang berlebihan selama penggunaan, yang mengakibatkan deformasi atau patah.
Korosi: bahan dalam kelembaban, suhu tinggi, asam dan alkali dan korosi lingkungan keras lainnya, mengakibatkan penurunan kinerja.
Kelelahan: material di bawah pengaruh beban bolak-balik, setelah periode patah lelah tertentu.
Faktor lingkungan
Suhu: lingkungan bersuhu tinggi dapat menyebabkan oksidasi material, pelunakan, penurunan kekuatan dan kekerasannya.
Medium: lingkungan media tertentu dapat mempercepat proses korosi material.
Kelembapan: Kelembapan yang berlebihan di udara dapat menyebabkan bahan menyerap air, menyebabkan pembengkakan, lengkungan, dan bahkan tumbuhnya jamur atau lumut. Hal ini terutama dapat merugikan komponen elektronik, karena kelembapan dapat menyebabkan korsleting dan kerusakan permanen.
Paparan sinar UV: Paparan radiasi ultraviolet (UV) dari sinar matahari dalam waktu lama dapat menurunkan banyak bahan, menyebabkan bahan menjadi rapuh dan kehilangan warna serta integritas strukturnya. Hal ini terutama berlaku untuk plastik, cat, dan tekstil.
Paparan Bahan Kimia: Kontak dengan bahan kimia agresif dapat menyebabkan berbagai reaksi, termasuk pembubaran, perubahan warna, dan kerusakan kimiawi pada bahan. Ini adalah masalah umum dalam lingkungan industri dimana bahan dapat bersentuhan dengan asam, basa, pelarut, atau zat reaktif lainnya.
